KINETIKA ABSORBSI KROM DENGAN ZEOLIT ALAM AKTIF PADA LIMBAH INDUSTRI PELAPISAN LOGAM
Nimas Sulistiya W. Br. G.1), Argoto Mahayana2) 1)
Mahasiswa Progdi Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Setia Budi nunna_chubbii@yahoo.com
2)
Progdi D3 Analis Kimia, Fakultas Teknik Universitas Setia Budi Argoto04_usb@yahoo.com
ABSTRAK
KINETIKA ABSORBANSI KROM DENGAN ZEOLIT ALAM AKTIF PADA LIMBAH INDUSTRI PELAPISAN LOGAM. Telah dilakukan penelitian penyerapan limbah cair krom pada pelapisan logam oleh zeolit aktif. Limbah cair yang dihasilkan oleh industri pelapisan logam berat krom perlu dilakukan pengolahan lebih lanjut agar tidak mebahayakan lingkugan dan kesehatan manusia disekitar industri. Zeolit memiliki bentuk kristal sangat teratur dengan rongga saling berhubungan ke segala arah sehingga menyebabkan luas permukaan zeolit menjadi sangat besar dan sangat baik digunakan sebagai adsorben. Penelitian ini bertujuan mengetahui metoda adsorpsi isoterm yang sesuai untuk menentukan kapasitas maksimum adsorpsi zeolit yang sudah diaktifasi dengan menggunakan HCl berbagai konsentrasi terhadap limbah chrom (VI). Persamaan yang digunakan dalam proses adsorpsi adalah persamaan adsorpsi Isoterm Langmuir dan Freundlich. Alat yang digunakan dalam percobaan adalah Spektofotometer UV-Vis. Hasil percobaan menunjukan bahwa massa ion logam krom yang terbesar yang teradesorbsi oleh zeolit adalah pada konsentrasi HCl 0,4 zeolit 100 mesh konsentrasi krom 20.537ppm. Proses penyerapan limbah chrom (VI) oleh zeolit mengikuti persamaan Langmuir dan Freundlich dengan R2>0,9. Persamaan yang cocok untuk menentukan kapasitas adsorpsi maksimum zeolit yang sudah diaktifasi pada proses penyerapan limbah cair logam berat chrom(VI) adalah persamaan Freundlich. Kapasitas adsorpsi maksimum adalah 27,76 mg/gram.
Kata kunci : Absorbsi, Zeolit, Limbah Industri
1. PENDAHULUAN
Industri pelapisan logam menghasilkan limbah cair pada proses produksinya yang berasal dari air buang bilasan dan larutan pembersih maupun larutan plating yang telah kotor atau jenuh (Sri Martini, 2000). Jika tidak dilakukan penanganan limbah produksi ini secara khusus maka akan mengakibatkan pencemaran lingkungan disekitar industri yang semakin parah.
Pengolahan limbah cair pelapisan logam yang mengandung krom dapat dilakukan dengan menggunakan zeolit. Dengan pemakaian zeolit limbah cair pelapisan logam dapat di serap kandungan kromnya sehingga dapat mengurangi pencemaran. Metode ini di terapkan mengacu pada harga zeolit yang murah sehingga menghemat biaya pengolahan limbah cair pelapisan logam. Selain itu zeolit yang sudah digunaka juga dapat di regenerasi kembali.
Krom merupakan salah satu logam berat yang termasuk dalam unsur transisi golongan VI-B periode 4. Krom mempunyai nomor atom 24 dan nomor massa 51,996 sma, berwarna putih
dengan massa jenis 7,9 g/cm3 dan memiliki titik didih 2658°C dan titk leleh 1875°C (Kusnoputranto 1996). Krom dapat membentuk tiga macam senyawa yang masing-masing berasal dari proses oksidasiCrO (krom oksida), yaitu +2 disebut krom divalen, +3 disebut krom trivalen, dan +6 disebut krom heksavalen (Kikuchi et al.2005).
Kromium Heksavalen digolongkan sebagai karsinogenik terhadap manusia. Oleh United States
Enviromental Protection Agency (USEPA). Percobaan laboratorium membuktikan bahwa
senyawa-senyawa kromium heksavalen atau hasil-hasil reaksi antaranya di dalam sel dapat menyebabkan kerusakan pada materi genetik. Studi lain pada binatang percobaan menunjukkan bahwa bentuk kromium tersebut dapat menyebabkan masalah reproduksi. Efek yang sangat berbahaya dari kromium heksavalen menyebabkan pemerintah memasukkan kromium heksavalen dalam kriteria nilai baku mutu air. Menurut Peraturan Pemerintah Republik Indonesia nomor 82 tahun 2001, air golongan A, B, dan C hanya boleh mengandung kromium heksavalen maksimum 0.05 ppm. Sedangkan air golongan D hanya boleh mengandung maksimum 0.1 ppm.
Zeolit merupakan material yang memiliki banyak kegunaan. Zeolit telah banyak diaplikasikan sebagai adsorben, penukar ion, dan sebagai katalis. Zeolit adalah mineral kristal alumina silica tetrahidrat berpori yang mempunyai struktur kerangka tiga dimensi, terbentuk oleh tetrahedral[SiO4]4- dan [AlO4]5- yang saling terhubungkan oleh atom-atom oksigen sedemikian rupa, sehingga membentuk kerangka tiga dimensi terbuka yang mengandung kanal-kanal dan rongga-rongga, yang didalamnya terisi oleh ion-ion logam, biasanya adalah logam-logam alkali atau alkali tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas (Chetam, 1992).
Struktur zeolit berdasar pada Secondary Building Unit (SBU) terdiri dari 24 silika dan/atau alumina tetrahedral membentuk struktur seperti bola basket yang disebut sangkar sodalit
(sodalite unit = sodalite cage = β-cage). Jenis zeolit ditentukan dari pola penggabungan sangkar
sodalit (SOD). Zeolit sintetis terdiri dari zeolit A (penggabungan SOD melalui cincin 8, zeolit Y atau X (faujasit), di mana penggabungan SOD melalui cincin 12, dan mordenit melalui cincin 12 (Dyer, 1988).
Proses aktivasi zeolit dimaksudkan untuk membersihkan permukaan partikel zeolit sehingga akan meningkatkan daya serap zeolit tersebut. Proses aktivasi zeolit dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu secara fisis dan kimiawi. Aktivasi secara fisis berupa pemanasan zeolit dengan tujuan untuk menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori Kristal zeolit sehingga luas permukaan pori-pori bertambah (Dian dan Anthonius, 2010). Pemanasan dilakukan dengan oven biasa pada suhu 300-400oC (untuk skala laboratorium) atau menggunakan tungku putar
dengan pemanasan secara penghampaan selama 3 jam atau penghampaan selama 5 — 6 jam (skala besar).
Aktivasi secara kimia dilakukan dengan cara menyaring zeolit dengan saringan tertentu kemudian diaktivasi dengan merendam dalam larutan asam pada konsentrasi dan waktu tertentu. Setelah di rendam dalam larutan asam dan waktu tertentu, zeolit dikeringkan dalam oven untuk menghilangkan serta meningkatkan aktifitas penyerapan abu zeolit tersebut.
Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air limbah adalah adsorpsi (Rios et al. 1999 dan Saiful et al. 2005). Adsorpsi merupakan terjerapnya suatu zat (molekul atau ion) pada permukaan adsorben. Mekanisme penjerapan tersebut dapat dibedakan menjadi dua yaitu, jerapan secara fisika (fisisorpsi) dan jerapan secara kimia (kemisorpsi).
Pada tahun 1918, Langmuir menurunkan teori isoterm adsorpsi dengan menggunakan model sederhana berupa padatan yang mengadsorpsi gas pada permukaannya. Model ini mendefinisikan bahwa kapasitas adsorpsi maksimum terjadi akibat adanya lapisan tunggal
(monolayer) adsorbat di permukaan adsorben. Konstanta Langmuir adalah nilai absorbs yang
terjadi pada satu lapisan.
Dimana persamaan Langmuir ditulis sebagai berikut: Xm/m =
m . c / Xm = 1/a + (b/a) . C
Dengan membuat kurva m.c / Xm terhadap C akan diperoleh persamaan linear dengan intersep 1/a dan kemiringan (b/a), sehingga nilai a dan b dapat dihitung, dari besar kecilnya nilai a dan b
menunjukkan daya adsorbsi.
Persamaan adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan monolayer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun pada adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Persamaan adsorpsi Freundlich dapat dituliskan sebagai berikut.
Xm / m = k . C1/n
Log (Xm/m) = log k + 1 /n . log C dimana :
Xm = berat zat yang diabsorbsi
m = berat absorben (zeolit) C = konsentrasi zat
Kemudian k dan n adalah konstanta asdsorbsi yang nilainya bergantung pada jenis adsorben dan suhu adsorbsi. Bila dibuat kurva log (Xm / m) terhadap log C akan diperoleh persamaan linear dengan intersep log k dan kemiringan 1/n, sehingga nilai k dan n dapat dihitung (Sukarta,2008). Konstanta Freunlich adalah nilai absorbsi yang terjadi pada berbagai lapisan. Proses pengolahan limbah cair adalah suatu perlakuan tertentu yang diberikan pada limbah sebelum limbah trsebut di buang ke lingkungan sehingga limbah tersebut tidak mengganggu lingkungan penerima limbah. Proses pengolahan limbah cair krom yang di maksud adalah dalam bentuk persenyawaan organik. Proses pengolahan ini ada 3 tahap yaitu: proses pemisahan limbah dari padatan-padatan, proses aktivasi absorben dan proses penyerapan logam berat krom dengan absorben.
2. METODOLOGI 2.1. Variabel Penelitian
1. Variabel tetap
Jumlah Asam Klorida (HCl) untuk aktifasi : 10 ml/g Abu zeolit Jumlah zeolit penyerap
waktu penyerapan 2. Variabel berubah
a. Konsentrasi Asam Klorida (HCl) : 0.2N, 0.4N, 0.6N, 0.8N, 1.0N. b. Ukuran partikel abu zeolit : 30 mesh, 60 mesh, 100 mesh.
2.2 Bahan dan Alat 1. Bahan
a. Limbah cair industri pelapisan logam. b. Zeolit. c. Larutan HCl pekat. d. Larutan baku K2Cr2O7. e. Larutan H3PO4. f. Difenilkarbazid. g. Aquadest. 2. Alat a. Spektofotometri UV-Vis. b. Pengaduk (stirrer).
c. Oven.
d. Saringan mesh 30, 60, 100. e. Saringan kasa
f. Peralatan gelas dan pengaduk lainnya.
2.3 Rancangan Penelitian 1. Aktifasi zeolit
a. Menimbang zeolit dengan berat tertentu yang telah disaring dengan saringan masing-masing 30, 60, 100 mesh.
b. Menambah Asam Klorida sebanyak 10ml/g abu zeolit dengan konsentrasi 0.2N, 0.4N, 0.6N, 0.8N, 1.0N.
c. Mengaduk dengan stirrer selama 2 jam, kemudian disaring.\
d. Mengeringkan abu zeolit yang telah diaktivasi dalam oven pada suhu 120oC selama 3 jam.
2. Penyerapan krom dengan zeolit aktif
a. Mengambil limbah cair industri pelapisan logam sebanyak 100ml kemudian ditambahkan dengan 10g zeolit aktif.
b. Mengaduk campuran tersebut selama 2 jam. c. Membiarkan campuran tersebut selama 24 jam.
d. Menyaring campuran tersebut setelah didiamkan dalm waktu tertentu.
e. Menentukan kadar logam berat heksavalen sisa dengan Spektrofotometer UV-Vis. 3. Analisa kadar krom (VI) limbah cair industri pelapisan logam
a. Memipet 20ml sampel dan memasukkan ke dalam labu takar 50ml.
b. Menambahkan 0.5ml Asam Sulfat (1:1) dean 0.15ml Asam Phospat 85% dan 1ml larutan Difenil Karbazid.
c. Mengencerkan sampai tanda batas kemudian dikocok sampai homogen dan didiamkan 5-10 menit,
d. Membaca serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 540 nm.
e. Menentukan kadar krom (VI) / heksavalen.
1. Menganalisa krom yang tersisa setelah diserap dengan zeolit aktif dengan Spektrofotometer UV-Vis.Data dalam kinetika absorbsi dengan zeolit.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses penyerapan atau adsorpsi oleh suatu adsorben dipengaruhi banyak faktor dan juga memiliki pola isoterm adsorpsi tertentu yang spesifik. Faktor-faktor yang mempengaruhi dalam proses adsorpsi antara lain yaitu jenis adsorben, jenis zat yang diserap, luas permukaan adsorben, konsentrasi zat yang diadsorpsi dan suhu. Oleh karena faktor-faktor tersebut maka setiap adsorben yang menyerap suatu zat satu dengan zat lain tidak akan mempunyai pola isoterm adsorpsi yang sama. Diketahui bahwa terdapat dua jenis persamaan pola isotherm adsorpsi yang sering digunakan pada proses adsorpsi dalam larutan yaitu persamaan adsorpsi Langmuir dan Freundlich.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich pada proses penyerapan ion logam Chrom (VI) oleh Zeolit. Metode yang digunakan untuk mengukur proses adsorpsi logam Chrom (VI) adalah metode Spektofotometer UV-Vis.
Pengujian pola isoterm adsorpsi yang sesuai untuk proses penyerapan ion logam chrom (VI) oleh zeolit dilakukan dengan perhitungan menggunakan persamaan Langmuir dan Freundlich. Uji persamaan Langmuir dilakukan dengan menggunakan persamaan :
Ce/(x/m) = 1/ab + 1/a Ce
Sedangkan untuk uji persamaan Freundlich dilakukan pengujian menggunakan persamaan :
Log (x/m) = log k + 1/n log Ce
dimana:
Ce = konsentrasi ion Cr (VI) dalam larutan setelah diadsorpsi
x/m = massa ion Cr (VI) yang diserap per gram zeolit
b = parameter afinitas atau konstanta Langmuir
a dan k = kapasitas / daya adsorpsi maksimum (mg/gram)
Nilai a dan k menunjukkan kapasitas dari adsorpsi ion logam chrom (VI) oleh zeolit, makin besar nilai a pada persamaan Langmuir Isoterm dan k pada persamaan Freundlich Isoterm menunjukkan kapasitas adsorpsi makin besar pula.
Untuk menentukan persamaan isotherm Langmuir dan Fruendlich maka dihitung harga
x/m , Ce/(x/m), log Ce/(x/m) dan log Ce seperti yang terlihat pada Tabel 1. diambil dari penyerapan oleh zeolit 100 mesh.
Dari Tabel 1 dan maka dilakukan pemetaan grafik menggunakan Excel dengan memplotkan harga Ce/(x/m) versus Ce untuk mendapatkan persamaan Langmuir dan memplotkan log (x/m) versus log Ce untuk mendapatkan persamaan Freundlich. Hasil pemetaan dengan grafik seperti terlihat pada Gambar 1 di bawah ini.
Tabel 1. perhitungan harga x/m, Ce/(x/m), log x/m, dan log Ce pada ukuran zeolit 100 mesh
Mula-mula Diabsorbsi Ce (ppm)
x/m
(mg/g) Ce/(x/m) log(x/m) log Ce 157.043 142.019 15.024 213.3693 0.0704 2.3291 1.17679 157.043 136.506 20.537 280.3424 0.0733 2.4477 1.31254 157.043 143.811 13.232 190.2907 0.0695 2.2794 1.12163 157.043 145.189 11.854 172.1070 0.0689 2.2358 1.07386 157.043 136.919 20.124 275.5358 0.0730 2.4402 1.30371
Gambar 2. Persamaan adsorbsi isoterm Freunlich dari LogCe/(x/m) versus LogCe
Pengujian persamaan adsorpsi Langmuir dan juga persamaan adsorpsi Freundlich dibuktikan dengan grafik linierisasi yang baik dan mempunyai harga koefisien determinasi R2 ≥ 0.9 (mendekati angka 1). Dari Gambar 1 dan 2 terlihat bahwa persamaan adsorpsi ion Cr (VI) oleh zeolit aktif memenuhi persamaan adsorpsi Langmuir dengan R2 = 0,999 dan juga persamaan adsorpsi Freundlich dengan R2 = 0,999.
Hal ini menunjukkan bahwa persamaan Langmuir dan Freundlich dapat diterapkan pada proses adsorpsi ion logam chrom (VI) oleh zeolit. Diperoleh persamaan Langmuir Ce/(x/m) = 1968 Ce – 123,6. Kemudian persamaan Freundlich log (x/m) = 1,129 log Ce – 1,451. serta harga konstanta dari keempat persamaan tersebut seperti terlihat pada Tabel 7 dan 8 di bawah ini. Tabel 2. harga konstanta Langmuir dan freunlich pada zeolit 30 mesh
Model persamaan Freundlich mengasumsikan bahwa terdapat lebih dari satu lapisan permukaan (multilayer) dan sisi bersifat heterogen, yaitu adanya perbedaan energy pengikat pada tiap-tiap sisi dimana proses adsorpsi di tiap-tiap sisi adsorpsi mengikuti isoterm Langmuir. Pada penelitian ini penentuan daya adsorbsi maksimum zeolit pada proses penyerapan logam
Isoterm Konstanta Harga
Langmuir a 0,00051
b 15,922
Freundlich k 28,25
krom (VI) dihitung dengan menggunakan persamaan adsorbsi freunlich karena dilakukan lebih dari 1 lapisan (multilayer) zat yang teradsorbsi dari ion logam krom seluruh lapisan zeolit dalakm satuan mg ion logam krom yang teradsorpsi/gram zeolit. Hal ini terjadi karena sebelum dilakukan penyerapan zeolit diaktivasi terlebih dahulu dengan menggunakan HCl agar kotoran-kotoran yang terdapat pada permukaan zeolit dapat dibersihkan sehingga daya serap pada permukaam zeolit dapat lebih besar. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa daya adsorbsi maksimum adalah k = 28,25.
4. KESIMPULAN
1. Dari penelitian ini diketahui kadar logam berat krom (VI) dalam limbah cair pelapisan logam adalah 157.043 ppm
2. Konsentrasi logam berat krom pada limbah cair pelapisan logam oleh zeolit yang sudah diaktivasi adalah 7,5 sampai 21 ppm.
3. Penentuan kapasitas absorbs zeolit aktif terhadap logam berat krom (VI) dalam limbah cair pelapisan logam yang paling sesuai adalah dengan menggunakan persamaan adsorbsi Freundlich dibandingkan dengan persamaan adsorbsi Langmuir. Daya adsorbsi maksimum zeolit aktif terhadap penyerapan limbah cair krom adalah k = 21,28mg/g pada zeolit 30 mesh dan k = 26,76mg/g pada zeolit 60 mesh.
DAFTAR PUSTAKA
Atkins PW, Shriver DF, and Langford C. 1990. Inorganic Chemistry. Oxford Uniersity Press. Atkins PW. 1999. Kimia Fisika. “Ed ke-2 Kartahadiprojo Irma I, penerjemah; Indarto Purnomo
Wahyu, editor. Jakarta Erlanga. Terjemahan dari: Pysical Chemistry.
Castellan GW. 1982 Physical Chemistry. Third Edition. New York: General Graphic Servies Cheetam, D., A., 1992, Solid State Compound, Oxford university press, 234-237.
Dian, K.S dan Anthonius, L., 2010, Optimasi Aktivasi Zeolit Alam untuk Dehumidifikasi,. Skripsi, UNDIP, Semarang.
Dyer, A., 1988, An Introduction to Zeolite Molecular Sieves, John Wiley and Sons Ltd., Chichester, England Ertan, A., and Ozkan, 2005, CO2 and N2 Adsorption on the Acid
(HCl, HNO3, H2SO4, and H3PO4) Treated Zeolites. Adsorption, Vol 11, 151-156.
Hamdan, H., 1992, Introduction to Zeolites: Synthesis, Characterization, and Modification, Universiti Teknologi Malaysia, Penang
Handayani, M., Sulistiyono, E., 2009, Uji Persamaan Langmuir dan Freundlich Pada
Penyerapan Limbah Chrom (VI) Oleh Zeolit, Prosiding Seminar Nasional Sains dan
Teknologi Nuklir PTNBR – BATAN, Bandung.
Hartomo, A.J., Kaneko, T., 1992, Mengenal Pelapisan Logam (Elektroplating), Penerbit Andi Offset, Yogyakarta.
Gotawa, H., 2008, Ekstraksi Krom Heksavalen Sebagai Tetrabutil Amonium Kromat dan
Aplikasinya Pada Air Sungai Ciluar di Bogor, Skripsi, Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam ITB Bogor.
Kikuchi S, Kawauchi K, Kurosawa M, Honjo H, Yagishita T. 2005. Non-destructive rapid analysis discriminating between chromium (VI) and chromium (III) oxides in electrical and electronic equipment using raman spectroscopy. Analytical Sciences 21:197-198. King RB. 1994. Encyclopedia of Inorganic Chemistry. New York: John Wiley
Kusnoputranto H. 1996. Toksikologi Lingkungan Logam Toksik dan B-3. Jakarta: Fakultas Kesehatan Masyarakat dan Pusat Penelitian Sumber Daya Manusia dan Lingkungan, UI.
Rios JP, Bess-Oberto L, Tiemann KJ, and Gardea-Torresdey. 1999. Investigation of Metal Ion Binding by Agricultural by Products. Proceedings of the 1999 Conference on Hazardous Waste Research
Sri Martini, R.S., 2000, Pengolahan Limbah Krom Heksavalen Menjadi Krom trivalent
menggunakan Limbah Besi pada Air Limbah Industri Pelapisan Logam, Tesis, Ilmu
Lingkungan UNS Solo.
Sugiharto, 1987, Dasar-dasar Pengolahan Air Limbah, Penerbit UI Press, Jakarta.
Sukarta, I., 2008, Absorbsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Alibizia, Sekolah Pasca Sarjana IPB, Bogor.
Sunardi, Mahayana, A., Wijayanti, K., 2005, Studi Pemanfaatan Serbuk Besi untuk Menurunkan
Krom Heksavalen pada Limbah Cair Industri Pelapisan Logam, Makalah Seminar
Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri, Mei 2005, Teknik Kimia FT Teknik UGM.
Sutarti, M. dan M. Rachmawati, 1994, Zeolit: Tinjauan Literatur, Jakarta: Pusat dokumentasi dan dan Informasi LIPI.
Trisunaryati, W., 2009, Zeolit Alam Indonesia: Sebagai Absorben dan Katalis Mengatasi
Masalah Lingkungan dan Krisis Energi, pidato pengukuhan jabatan guru besar,
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UGM Yogyakarta.
Yuanita, D.,2009, Hidrogenasi Katalitik Metil Oleat Menjadi Stearil Alkohol Menggunakan Katalis
Ni/Zeolit Alam, Prosiding Seminar Nasional Kimia UNY.
